[發明專利]大型水下吊裝結構物位置姿態實時測量裝置

無效

• 申請號: 201210329725.6
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN102866384A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 么彬;梁小龍;曲海峰;李春笛
• 申請（專利權）人: 北京引創科技有限責任公司
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是水下工程領域，更確切地說，涉及一種大型水下吊裝結構物位置姿態實時測量裝置，適用水下吊裝物的精確定位、海底管線輔設測量控制及故障檢測定位、水下工程的精密測量控制與工程結構實地放樣、水下探測設備各種輔線實時校準、沿岸工程(港口、潮汐電站等)建設的水下測量控制等領域。

背景技術

水下施工過程中經常遇到大型結構物的水下安裝操作，例如水下沉管施工、大型結構物水下安裝等，為了保證工程質量，這些施工過程都需要對水下結構物進行精確定位。傳統的水下測量方法主要是基于測量塔的方式，使用GPS或全站儀進行測量。GPS天線或全站儀反光棱鏡安裝于測量塔頂部，通過將水下測量點引出水面來進行測量。

然而，傳統的水下測量方法存在著如下的一些嚴重弊端：

(1)測量塔安裝、拆卸過程復雜，拆卸過程還需要有潛水員進行水下作業，增加了施工安全性的風險。

(2)由于測量塔的高度限制，使得施工水域水深不能過深，不能實現大深度施工。

(3)由于測量塔的影響，整個沉放過程中物件收水流影響增大，使得吊裝的難度增大。

(4)測量過程中測量數據難以做到自動實時記錄，測量頻率較低，且精度不高。

為了解決現有測量方式所遇到的各類問題，需要一種適合工程應用的高精度水下大型吊裝物位置、姿態測量裝置，綜合考慮水下環境和現有技術，水聲定位技術最適合應用于水下吊裝物位置、姿態測量

水聲定位技術中按照接收機聲納基陣的尺度或者應答器基陣間的基線長度來分類，水聲定位技術主要分為長基線定位、短基線定位和超短基線定位三種，長基線水聲定位系統的基陣長度在幾公里到幾十公里的量級，利用測量水下目標聲源到各個基點間的距離確定目標的位置；短基線水聲定位系統的基陣長度一般在幾米到幾十米的量級，利用目標發出的信號到達接收陣各個基點的時間差，解算目標的方位和距離；超短基線定位系統的基陣長度一般在幾厘米到幾十厘米的量級，它與前兩種不同，利用各個基元接收信號間的相位差來解算目標的方位和距離。

三種定位技術相比較而言，長基線定位系統的主要優點為對于大面積的測試區域，可以得到非常高的相對定位精度，然而長基線定位系統自身也存在海面或海底聲基陣的布放及回收耗時很大；聲基陣的數量龐大，費用十分昂貴；系統過于復雜，操作起來異常繁瑣等一系列缺點。

超短基線定位系統的優點在于接收換能器尺寸小，安裝方便；集成系統低價、操作簡便容易。超短基線的缺點在于安裝系統后，需要對系統進行嚴格的校準，這一點在實際中是很難做到的；在對目標進行絕對精度測量時，對外圍設備(姿態傳感器和深度傳感器)精度的依賴性很大，同時超短基線定位系統也是三類系統中定位精度最差的一種。

短基線定位系統除了具有超短基線的集成系統低價、操作簡便容易的優點外，還包括基于測時的高精度距離測量，從而實現高精度定位的優點；換能器體積相對較小，安裝簡單，同時對安裝精度要求要遠低于超短基線定位系統，因此也最適合應用于水下施工領域。

發明內容

鑒于此，本發明公開了一種大型水下吊裝結構物位置姿態實時測量裝置，該裝置由安裝于待測水下結構物(101)上的水下聲信標(102、103、104、105)、安裝于吊裝船(114)上的聲學定位接收器(106、107、108、109)、RTK定位與無線數傳單元(110、111、112、113)、水下聲信標釋放遙控裝置(115)以及主控計算機(117)和設置于近岸RTK基準站(118)組成。

本發明所公開的大型水下吊裝結構物位置姿態實時測量裝置其水下聲信標(102、103、104、105)由依次相連的充電與系統配置接口模塊(201)、電池(209)、微控制器(202)、邏輯控制器(203)、發射驅動電路(204)、功率放大電路(205)、收發合置電聲換能器(206)、接收信號調理電路(207)、數據采集電路(208)，以及直接與微控制器相連的水壓力測量單元(210)、聲速測量單元(211)、信標釋放單元(212)組成，所有組件放置于一個密封艙(213)中且密封艙由浮力材料包裹使整個密封艙呈現正浮力。

本發明所公開的大型水下吊裝結構物位置姿態實時測量裝置其安裝于吊裝船(114)底部的聲學定位接收器(106、107、108、109)由依次相連的電聲換能器(301)、接收信號調理電路(302)、數據采集電路(303)、聲學測距邏輯單元(304)、微控制器(305)、水上接口電路(306)組成。